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汽车车架与悬架结构:边梁式、无梁式、非独立、独立悬架

时间:2023-09-27 理论教育 版权反馈
【摘要】:目前汽车上多采用边梁式车架和无梁式车架。现代汽车的悬架虽有不同的结构形式,但一般都由弹性元件、减振器、导向机构等组成,轿车一般还有横向稳定器(杆)等。如图6-19所示,汽车悬架有非独立悬架和独立悬架两种类型。螺旋弹簧非独立悬架一般只用于轿车的后悬架。

汽车车架与悬架结构:边梁式、无梁式、非独立、独立悬架

1.车架

(1)车架的功用

①支承、连接汽车各零部件、总成。

②承受车内、外各种载荷的作用。

(2)车架的类型与结构特点

要点:

汽车上采用的车架有四种类型:边梁式车架、中梁式车架、综合式车架和无梁式车架。目前汽车上多采用边梁式车架和无梁式车架。

①边梁式车架。边梁式车架如图6-14所示,它有两根纵梁和若干根横梁构成。纵梁和横梁之间通过铆接或焊接的方法连接起来。这种车架结构简单、便于整车的布置,所以在各种类型的汽车上都广泛应用。

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图6-14 边梁式车架

1—保险杠 2—挂钩 3—前横梁 4—发动机前悬置横梁 5—发动机后悬支架及横梁 6—纵梁 7—驾驶室后悬置横梁 8—第四横梁 9—后钢板弹簧前支架横梁 10—后钢板弹簧后支架横梁 11—角撑横梁组件 12—后横梁 13—拖钩 14—蓄电池托架

②无梁式车架。无梁式车架是用车身兼做车架,汽车的所有零部件、总成都安装在车身上,车身要承受各种载荷的作用,因而这种车身又称为承载式车身,广泛用于轿车和客车,如图6-15所示。

③中梁式车架和综合式车架。中梁式车架和综合式车架分别如图6-16、图6-17所示,由于这两种车架结构复杂,加工制造及维修困难,所以目前很少应用。

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图6-15 承载式车身

1—A柱 2—行李舱底板 3—B柱 4—后围侧板 5—后纵梁 6—底板 7—车门栏板 8—前纵梁

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图6-16 中梁式车架

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图6-17 综合式车架

2.悬架

1)悬架的组成如图6-18所示。要点:

悬架是车架(或车身)与车桥(或车轮)之间一切传力连接装置的总称。

现代汽车的悬架虽有不同的结构形式,但一般都由弹性元件、减振器、导向机构等组成,轿车一般还有横向稳定器(杆)等。

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图6-18 悬架的组成

2)悬架的功用。

要点:

连接车架(或车身)和车轮,把路面作用到车轮的各种力传给车架(或车身)。

缓和冲击、衰减振动,使乘坐舒适,具有良好的平顺性。

保证汽车具有良好的操纵稳定性。

3)悬架的分类。如图6-19所示,汽车悬架有非独立悬架和独立悬架两种类型。

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图6-19 非独立悬架与独立悬架的示意图

要点:

非独立悬架的结构特点是两侧车轮安装在一根整体式车桥上,车轮和车桥一起通过弹性悬架悬挂在车架(或车身)下面,所以一侧车轮发生位置变化后会导致另一侧车轮的位置也发生变化。

独立悬架的两侧车轮分别独立地与车架(或车身)弹性相连,与其配用的车桥为断开式车桥,所以两侧车轮的运动是相对独立、互不影响的。

4)非独立悬架的类型。

要点:

非独立悬架广泛应用于货车的前、后悬架和轿车的后悬架。

按照采用弹性元件的不同,非独立悬架可以分为钢板弹簧式非独立悬架和螺旋弹簧式非独立悬架。

①钢板弹簧式。如图6-20所示,钢板弹簧式非独立悬架的钢板弹簧一般纵向布置,所以也称为纵置板簧式非独立悬架。

图6-21所示为解放CA1092汽车的前悬架。钢板弹簧中部通过U形螺栓(骑马螺栓)固定在前桥上。钢板弹簧的前端卷耳用弹簧销与前支架相连,形成固定式铰链支点,起传力和导向作用;而后端卷耳则用吊耳销与可在车架上摆动的吊耳相连,形成摆动式铰链支点,从而保证了弹簧变形时两卷耳中心线间的距离有改变的可能。

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图6-20 钢板弹簧式非独立悬架

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图6-21 解放CA1092汽车的前悬架

1—钢板弹簧前支架 2—前钢板弹簧 3—U形螺栓(骑马螺栓) 4—盖板 5—缓冲块 6—限位块 7—减振器上支架 8—减振器 9—吊耳 10—吊耳支架 11—中心螺栓

要点:

减振器的上、下两个吊环通过橡胶衬套和连接销分别与车架上的上支架和车桥上的下支架相连接。

盖板上装有橡胶缓冲块,以限制弹簧的最大变形,并防止弹簧直接碰撞车架。

②螺旋弹簧非独立悬架。螺旋弹簧非独立悬架一般只用于轿车的后悬架。如图6-22所示。

要点:

螺旋弹簧的上端装在弹簧上座中,下端则支承在减振器外壳上的弹簧下座上,它只承受垂直力。

减振器的上端与弹簧上座一起装在车身底部的悬架支座中,下端则与纵向推力杆相连接。

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图6-22 螺旋弹簧非独立悬架

1—后桥 2—纵向推力杆 3—减振器 4—弹簧下座 5—螺旋弹簧 6—弹簧上座 7—支承座

5)独立悬架的优点及分类

①独立悬架优点

要点:

由于左右车轮的运动相对独立、互不影响,可以减少行驶时车架或车身的振动,同时可以减弱转向轮的偏摆。

独立悬架的非簧载质量小,可以减小来自路面的冲击和振动。

独立悬架是与断开式车桥配用,可以降低汽车的重心,有很好的行驶平顺性。

②独立悬架的分类。独立悬架一般可按车轮的运动方式分为三类,如图6-23所示:

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图6-23 独立悬架的类型示意图(www.xing528.com)

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图6-23 独立悬架的类型示意图(续)

要点:

横臂式独立悬架:车轮在汽车横向平面内摆动的悬架,如图6-23a所示。分为单横臂式和双横臂式两种。目前单横臂式独立悬架应用较少。

纵臂式独立悬架:车轮在汽车纵向平面内摆动的悬架,如图6-23b所示。分为单纵臂式和双纵臂式两种。

车轮沿主销移动的独立悬架:分为两种形式,一种是车轮沿固定不动的主销移动的烛式独立悬架,另一种是车轮沿摆动的主销轴线移动的麦弗逊式独立悬架,分别如图6-23c和图6-23d所示。

3.弹性元件

汽车上常用的弹性元件包括钢板弹簧、螺旋弹簧、扭杆弹簧和气体弹簧等。

(1)钢板弹簧 钢板弹簧广泛应用于汽车的非独立悬架中,其构造如图6-24所示,钢板弹簧安装位置如图6-25所示。

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图6-24 钢板弹簧

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图6-24 钢板弹簧(续)

1—卷耳 2—弹簧夹 3—钢板弹簧 4—中心螺栓 5—螺栓 6—套管 7—螺母

要点:

钢板弹簧由若干片长度不等的合金弹簧钢片叠加而成,构成一根近似等强度的弹性梁。最长的一片称为主片,其两端卷成卷耳,内装衬套,以便用弹簧销与固定在车架上的支架或吊耳作铰链连接。

钢板弹簧除了起到弹性元件的功用,它还起到了减振器和导向机构的功用。

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图6-25 钢板弹簧安装位置

(2)螺旋弹簧 螺旋弹簧广泛应用于独立悬架,有些轿车的后轮非独立悬架也采用螺旋弹簧做弹性元件,如图6-26所示。

要点:

由于螺旋弹簧只能承受垂直载荷,且变形时不产生摩擦力,所以悬架中必须装有减振器和导向机构。

(3)扭杆弹簧

要点:

扭杆弹簧是由弹簧钢制成的杆件。

扭杆的断面通常为圆形,少数为矩形或管形,其两端制成花键、方形、六角形等形状,以便一端固定在车架上,另一端固定在悬架的摆臂上。

摆臂与车轮相连,当车轮跳动时,摆臂绕扭杆轴线摆动,使扭杆产生扭转弹性变形,以保证车轮与车架的弹性联系。

(4)气体弹簧 气体弹簧分为空气弹簧和油气弹簧两种。空气弹簧又有囊式和膜式两种形式,实物与安装位置如图6-27所示。油气弹簧具有变刚度的特性。

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图6-26 螺旋弹簧安装位置

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图6-27 空气弹簧

4.双向作用筒式减振器

目前汽车上应用最广泛的是双向作用筒式减振器,近年来,在高级轿车上有的采用充气式减振器。

双向作用筒式减振器的实物如图6-28所示,基本组成如图6-29所示。

要点:

双向作用筒式减振器有三个同心钢筒,外面的钢筒是防尘罩,其上部的吊耳与车架相连。

中间是储油缸筒,内装有一定量的油液,其下端的吊耳与车桥相连。

里面是工作缸筒,其内装满油液。

它还有四个阀,即压缩阀、伸张阀、流通阀和补偿阀。

流通阀和补偿阀是一般的单向阀,其弹簧很弱。

压缩阀和伸张阀是卸载阀,其弹簧较强,预紧力较大。

要点:

双向作用筒式减振器通过压缩行程衰减振动,通过伸张行程也能起到减振作用。

当车轮上下跳动时,工作活塞在油液中作往复运动,使工作活塞的上、下腔之间产生油压差,压力油便推开压缩阀或伸张阀而来回流动。由于阀孔对压力油产生较大的阻尼力,使振动衰减。

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图6-28 双向作用筒式减振器的实物

5.电子控制悬架

(1)电子控制悬架的分类

要点:

电子控制悬架系统主要有半主动悬架和主动悬架两种。

主动悬架按照弹簧的类型,又可以分为空气弹簧主动悬架和油气弹簧主动悬架。

(2)电控悬架的功能

要点:

电控悬架主要对车速及路面感应、车身姿态、车身高度三个方面进行控制,可以根据行驶条件自动控制弹簧刚度、减振器阻尼力及车身高度,以抑制加速时后坐、制动时点头、转向时侧倾等汽车行驶状态的变化,明显改善乘坐舒适性和操纵稳定性。

如当车速高时,提高弹簧刚度和减振器阻尼力,以提高汽车高速行驶时的操纵稳定性;当乘客和载质量变化时,保持车身高度恒定等。

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图6-29 双向作用筒式减振器的基本组成

1—油封 2—防尘罩 3—导向座 4—流通阀 5—补偿阀 6—压缩阀 7—储油缸筒 8—伸张阀 9—活塞 10—工作缸筒 11—活塞杆

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图6-30 电控悬架部件在车上的位置

1—1号高度控制继电器 2—前车身高度传感器 3—前悬架控制执行器 4—制动灯开关 5—转向传感器 6—高度控制开关 7—LRC开关 8—后车身高度传感器 9—2号高度控制阀和溢流阀 10—高度控制ON/OFF开关 11—高度控制插接器 12—后悬架控制执行器 13—2号高度控制继电器 14—悬架ECU 15—门控灯开关 16—主节气门位置传感器 17—1号高度控制阀 18—高度控制压缩机 19—干燥器排气阀 20—IC调节器

(3)电控悬架的组成及部件在车上的布置 电控悬架部件在车上的位置如图6-30所示

要点:

电控悬架由传感器、电子控制单元(ECU)和执行器三部分组成。

传感器包括车身高度传感器、转向传感器、车速传感器、节气门位置传感器等,执行器包括高度控制阀、排气阀、悬架控制执行器等。

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